АВТОМАТИЗАЦИЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД

Применение комплекса приборов контроля и систем управления технологическими процессами в водоочистных сооружениях, полностью или частично обеспечивающих их работу без участия обслуживающего персонала. Объемы и уровни автоматизации очистки природных вод определяются технологией очистки и наличием средств контроля и автоматики. Технология очистки для технических и коммунальных целей различна. В первом случае она диктуется требованиями к качеству воды для конкретной технологии, процесса; во втором она должна обеспечить качество воды, соответствующее требованиям стандарта на питьевую воду.
К контролируемым технологическим параметрам относятся: расходы воды и реагентов, уровни в резервуарах чистой воды и баках растворов реагентов, состояние основного оборудования и некоторые физико-химические показатели, в т.ч. концентрация растворов реагентов, мутность и цветность воды, значение рН, щелочность, содержание остаточного хлора. Автоматам, приборы и др. средства технологического контроля образуют информационно-измерительную систему водоочистной станции и основу автоматизации очистки природных вод
Автоматизация удаления взвешенных и коллоидных веществ из воды ограничивается пропорциональным дозированием коагулянта, для чего используют два расходомера: один — для измерения расхода раствора коагулянта, другой — обрабатываемой воды. Необходимое соотношение расходов обеспечивается П-регулятором, оптимальную дозу коагулянта устанавливают пробным коагулированием в лаборатории. В нашей стране получила распространение кондуктометрическая система дозирования коагулянта, основанная на измерении разности между удельной электропроводимостью воды, смешанной с коагулянтом, и сырой (исходной) воды. Кондуктометрическая система дозирования коагулянта пригодна там, где щелочность относительно стабильна, а доза коагулянта не менее 5 мг/л. При этом общее солесодержание может быть достаточно высоким.
Дозирование коагулянта может осуществляться также по концентрации алюминия, входящего в состав раствора коагулянта, и остаточного алюминия в очищенной воде. Содержание остаточного алюминия нормируется стандартом на питьевую воду (0,5 мг/л). Для определения концентрации алюминия используется электрокинетический датчик (ЭКД), обеспечивающий непрерывное измерение контролируемого параметра с точностью не ниже точности при аналитическом методе. Система автоматического управления дозирования коагулянта (САУДК) построена на базе электрокинетического датчика. Система работает по принципу стабилизации оптимальной дозы реагента, оцениваемой по А1 и найденной в процессе пробной коагуляции. Отклонение от заданной дозы компенсируется уменьшением или увеличением подачи реагента. Осовные звенья системы — электрокинетический датчик, электронный импульсный регулятор, дозирующее устройство с исполнительным механизмом. Кроме того, в схему САУДК входит коммутационная, пусковая и др. аппаратура. Датчик снабжен амперметром, отградуирован в единицах концентрации А1 +. Его сигнал может передаваться на регистрирующий прибор, устанавливаемый на диспетчерском пункте. Для САУДК необходимо дозирующее устройство, регулирующее подачу раствора химического реагента и измеряющего его расход. В нашей стране в качестве дозирующих устройств используют насосы-дозаторы, мембранные клапаны в антикоррозийном исполнении с электроприводом или бункерные дозаторы типа ДИМБА. Для измерения расхода, вводимого в воду от дозированного раствора реагента, регулирующее устройство дополняется расходомерами.
Автоматизация подщелачивания воды при коагуляции, автоматический контроль осуществляют с помощью промышленных рН-метров с проточным или погружным датчиком, оснащенным измерительным стеклянным электродом и проточным вспомогат. Автоматизированная система обеспечивает повышение рН до требуемого значения (8,5—9) при отклонении от него не более чем на ±0,2 единицы. Этот процесс осложнен интенсивным отложением карбонатов на стеклянном электроде. Однако несложное устройство позволяет снимать их раствором соляной кислоты, не извлекая датчика рН-метра из потока воды.
Схема автоматизации процесса фторирования воды кремнефториевым и фтористым натрием включает чувствительный элемент с селективным электродом на фторид-ион, преобразователь, откуда сигналы поступают на ПИ-регулятор и далее через пусковую аппаратуру на привод органа, регулирующего расход раствора реагента, — клапан или насос-дозатор.
Применяются системы автоматизации процесса обработки водыхлорома дозированием его пропорционально расходу обрабатываемой воды. Более совершенны комбинированые системы, в которых по основному каналу связи регулируют дозу хлора по расходу воды, а по обратному каналу — содержание остаточного хлора с помощью автомата-анализатора. При больших расстояниях между хлоратором и точкой ввода хлора эжектор устанавливают вблизи точки ввода, чтобы хлоропровод находился под разрежением. Обычно автоматизируют процесс вторичного хлорирования, требующий более точной дозировки, соответствующей требованиям стандартов по содержанию остаточного хлора (0,5—0,7 мг/л после 30-минутного контакта). Необходимость автоматизации первичного хлорирования определяется задачами данной технологии обработки воды (обесцвечивание, подавление развития биологических обрастаний и т.д.)
Автоматизация аналитического определения хлора применяется для контроля остаточного содержания его в питьевой воде. В мировой практике для этой цели используют только автоматические электрохимические анализаторы хлора, основанные на методе амиерметрии. В нашей стране разработаны ампер-метрические анализаторы АПК-1М и АХС-203, а также КОХ-1 и АХВ. В анализаторах АХС напряжение создается гальванической парой, составленной из платинового (катод) и медного (анод) электродов; в анализаторах АХВ, где используется чашечный ртутный электрод, применяется внешний источник электропитания. Однако анализаторами с гальванической парой платина — медь можно измерять только концентрацию свободного хлора. Потенциал связанного хлора не известен. Поэтому в амперметрических анализаторах используют иодометрическую методику определения общего хлора. С этой целью в воду, поступающую в электрохимическую ячейку, добавляют иодит калия и буферный раствор для стабилизации значения рН, равного 44,5. При этом свободный и связанный хлор преобразуется в эквивалентное количество свободного иода, который восстанавливается примерно при том же поляризационном напряжении. Т.о., одна и та же электрохимическая ячейка пригодна для измерения свободного и суммарного хлора, если в нее добавить йодистый калий. Буферные растворы нужны в обоих случаях. В ряде зарубежных анализаторов хлора платиновый катод делают вращающимся.
Автоматизация управления фильтрами с зернистой загрузкой обеспечивает необходимую скорость фильтрования и выполнение всех операций по регенерации фильтров.
Основная задача регулирования скорости фильтрования — воспрепятствовать слишком большой скорости фильтрования и выносу из фильтра песка, что может происходить после его промывки, когда еще не сформировалась пленка в верхних слоях загрузки. Различные системы для автоматичнского управления процессом регенерации (промывки) фильтров выполняют пять основных операций: отключение фильтра от общей магистрали (0,5—1 мин); включение промывных насосов или напорного резервуара, а также воздуходувок для предварительного водовоздушного взрыхления загрузки (3—5 мин); отключение воздуходувок и закрытие задвижки промывной воды (5—10 мин); спуск первого фильтрата (3— 5 мин) и включение фильтра в рабочий цикл (1—2 мин). В зависимости от вида привода задвижек на обвязке фильтров системы управления бывают электрическими или гидравлическими. Последние получили распространение при химводоочистках энергетических объектов и сохранились на некоторых старых водопроводах. Сигналом вывода на промывку могут служить показания расходомера на водоотводящем трубопроводе каждого фильтра, предельное положение регулятора скорости или потери напора в загрузке фильтра, измеряемые дифференциальными манометрами. Окончание промывки фильтра может производиться по сигналу мутномера, установленного на общем трубопроводе,тотводящем промывную воду от группы фильтров. Полная автоматизация управления фильтрами осуществляется с помощью микропроцессорных программируемых устройств.
Автоматизация измерения мутности и цветности производится в нескольких створах водоочистных станций несколько раз в сутки. Для этих целей применяют фотоколориметры (мутномеры), которые измеряют концентрацию взвешенных веществ по оптической плотности. В этих приборах используют два способа измерения концентрации коллоидов и мелкодисперсных примесей: нефелометрический (тиндалеметрический) и турбо-диметрический (абсорбционный). По первому способу измеряют рассеянный свет, по второму — поглощенный; используют и комбинацию этих способов. Существует обширный класс автоматических мутномеров, обычно проточных, устанавливаемых на месте и имеющих преобразователи оптической плотности в электрический ток для передачи данных на расстояние и в управляющие ЭВМ.